強相関異方的超伝導体におけるトポロジカル相の理論研究

• Project Area: Frontiers of materials science spun from topology
• Project/Area Number: 18H04225
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: トポロジカル超伝導 / 超伝導ギャップ / 非共型空間群 / 異方的超伝導 / 強相関電子系 / 非共形空間群 / ノーダル超伝導

Outline of Annual Research Achievements

【1】超伝導の研究においては、一粒子励起ギャップの波数依存性、すなわち超伝導ギャップ構造の理解が重要です。ギャップ構造は超伝導の対称性や発現機構と密接に関連しています。また、様々な測定手法によりギャップ構造を観測することができます。そのため超伝導分野の実験研究では、ギャップ構造を同定し、そこから秩序変数の対称性と超伝導発現機構を明らかにする戦略が長く採用されてきました。理論と実験が相乗的に進歩するうえで、超伝導体のギャップ構造を正確に知ることができる理論の構築は極めて重要です。
従来の理論として、Sigrist-Ueda らによって完成された群論的分類学が良く知られています。これは、超伝導秩序変数を結晶点群によって分類し、そこから超伝導ギャップ構造を推定するものです。しかし、「推定する」と書いたように、これは厳密な結果ではありません。そこで私達は、対称性とトポロジーに基づいて超伝導ギャップ構造の厳密な分類を行いました。分類結果に基づいてUPt3の超伝導ギャップ構造を議論し、電子の角運動量Jzによってワイル点の構造が異なることも示しました。他に、UBe13, SrPtAs, MoS2，PrOs4Sb12などのギャップ構造ついても考察を行いました。
【2】非共型空間群に属する結晶では波数空間にメビウス的な構造が現れるため、通常とは異なるトポロジカル相が可能になります。そのようなメビウス型トポロジカル絶縁体の候補としてKHgSbとCeNiSnが提案されており、KHgSbに対しては実験的証拠も得られています。一方、メビウス型トポロジカル超伝導体に関しては、具体例が知られていませんでした。本研究において、UPt3とUCoGeがそれぞれZ2, Z4メビウス型トポロジカル超伝導体であることを示しました。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 香港中文大学(中国)
• [Int'l Joint Research] Los Alamos National Laboratory(米国)
• [Int'l Joint Research] The Chinese University of Hong Kong(中国)
• [Journal Article] Detection of Hole Pockets in the Candidate Type-II Weyl Semimetal MoTe2 from Shubnikov-de Haas Quantum Oscillations (2020)
  • Author(s): Y. J. Hu, W. C. Yu, Kwing To Lai, D. Sun, F. F. Balakirev, W. Zhang, J. Y. Xie, K. Y. Yip, E. I. Paredes Aulestia, Rajveer Jha, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Y. Yanase, Yuji Aoki, and Swee K. Goh
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 124 Issue: 7 Pages: 076402-076402
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.076402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Classification of topological crystalline superconducting nodes on high-symmetry lines: Point nodes, line nodes, and Bogoliubov Fermi surfaces (2019)
  • Author(s): Sumita Shuntaro、Nomoto Takuya、Shiozaki Ken、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 13 Pages: 134513-134513
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.134513
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetoelectric Response in Electric Octupole State: Possible Hidden Order in Cuprate Superconductors (2019)
  • Author(s): Hitomi Takanori、Yanase Youichi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 5 Pages: 054712-054712
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.054712
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Z4 Topological Superconductor UCoGe (2019)
  • Author(s): Akito Daido, Tsuneya Yoshida, Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 122 Issue: 22 Pages: 227001-227001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.122.227001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient method to compute Z4-indices with glide symmetry and applications to M\"obius materials, CeNiSn and UCoGe (2019)
  • Author(s): Tsuneya Yoshida, Akito Daido, Norio Kawakami, and Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 99 Issue: 23 Pages: 235105-235105
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.235105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetry indicators for topological superconductors (2019)
  • Author(s): Ono Seishiro、Yanase Youichi、Watanabe Haruki
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 1 Issue: 1 Pages: 013012-013012
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.1.013012
  • NAID: 130008146223
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chirality polarizations and spectral bulk-boundary correspondence (2019)
  • Author(s): Akito Daido and Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 100 Issue: 17 Pages: 174512-174512
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.174512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiorbital Ferroelectric Superconductivity in doped SrTiO3 (2019)
  • Author(s): Shota Kanasugi and Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 100 Issue: 9 Pages: 094504-094504
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.094504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnon gravitomagnetoelectric effect in noncentrosymmetric antiferromagnetic insulators (2019)
  • Author(s): Atsuo Shitade and Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 22 Pages: 224416-224416
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.224416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Insulator-metal transition and topological superconductivity in UTe2 from a first-principles calculation (2019)
  • Author(s): Jun Ishizuka, Shuntaro Sumita, Akito Daido, Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 123 Issue: 21 Pages: 217001-217001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.217001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theory of spin magnetic quadrupole moment and temperature-gradient-induced magnetization (2019)
  • Author(s): Atsuo Shitade, Akito Daido, and Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 2 Pages: 024404-024404
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.024404
  • NAID: 130008152283
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonsaturating large magnetoresistance in the high carrier density nonsymmorphic metal CrP (2019)
  • Author(s): Niu Q.、Yu W. C.、Aulestia E. I. Paredes、Hu Y. J.、Lai Kwing To、Kotegawa H.、Matsuoka E.、Sugawara H.、Tou H.、Sun D.、Balakirev F. F.、Yanase Y.、Goh Swee K.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 12 Pages: 125126-125126
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.125126
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of Magnetopiezoelectric Effect in Antiferromagnetic Metal EuMnBi2 (2019)
  • Author(s): Y. Shiomi, H. Watanabe, H. Masuda, H. Takahashi, Y. Yanase, S. Ishiwata
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 122 Issue: 12 Pages: 127207-127207
  • DOI: 10.1103/physrevlett.122.127207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Z4 Topological Superconductivity in UCoGe (2019)
  • Author(s): Akito Daido, Tsuneya Yoshida, Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient method to compute Z4-indices with glide symmetry and applications to Mobius materials, CeNiSn and UCoGe (2019)
  • Author(s): Tsuneya Yoshida, Akito Daido, Norio Kawakami, Youichi Yanase
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 発展する物性物理-現代のキーワードを中心に-：超伝導 (2019)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Journal Title: 数理科学 Volume: 667 Pages: 7-7
• [Journal Article] Symmetry-protected line nodes and Majorana flat bands in nodal crystalline superconductors (2018)
  • Author(s): Kobayashi Shingok, Sumita Shuntaro, Yanase Youichi, Sato Masatoshi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 18 Pages: 180504-180504
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.180504
  • NAID: 130007646248
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unconventional superconducting gap structure protected by space group symmetry (2018)
  • Author(s): Sumita Shuntaro、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 13 Pages: 134512-134512
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.134512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Orbitally limited pair-density-wave phase of multilayer superconductors (2018)
  • Author(s): Mockli David、Yanase Youichi、Sigrist Manfred
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 14 Pages: 144508-144508
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.144508
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • Author(s): H. Shishido, S. Yamada, K. Sugii, M. Shimozawa, Y. Yanase, and M. Yamashita
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 120 Issue: 17 Pages: 177201-177201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.177201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theory of orbital magnetic quadrupole moment and magnetoelectric susceptibility (2018)
  • Author(s): Atsuo Shitade, Hikaru Watanabe, and Youichi Yanase
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 2 Pages: 020407-020407
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.020407
  • NAID: 130008146889
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-orbit-coupled ferroelectric superconductivity (2018)
  • Author(s): Kanasugi Shota、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 2 Pages: 024521-024521
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.024521
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Group-theoretical classification of multipole order: Emergent responses and candidate materials (2018)
  • Author(s): Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 24 Pages: 245129-245129
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.245129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Odd-parity multipole fluctuation and unconventional superconductivity in locally noncentrosymmetric crystal (2018)
  • Author(s): Ishizuka Jun、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 22 Pages: 224510-224510
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.224510
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Symmetry analysis of current-induced switching of antiferromagnets (2018)
  • Author(s): Watanabe Hikaru、Yanase Youichi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 22 Pages: 220412-220412
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.220412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パリティ対称性の破れと磁性・多極子・超伝導 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Journal Title: 物性研究・電子版 Volume: 7 Pages: 072204-072204
  • NAID: 120006542044
• [Journal Article] トポロジカルd波超伝導-超伝導体におけるHaldaneモデルの物理- (2018)
  • Author(s): 大同暁人，柳瀬陽一
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 53 Pages: 759-759
• [Presentation] Exotic superconductivity in multipole systems (2019)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: The international conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Z4 topological superconductivity in UCoGe (2019)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Conferences on Condensed Matter Physics (CCMP)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electromagnetic responses, dynamics, and superconductivity emerging from multipole order (2019)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: META 19 ”Chirality, magnetism, and magnetoelectricity: Separate phenomena and joint effects in metamaterial structures”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Topological superconductivity in UCoGe and UTe2 (2019)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: EPiQS-TMS 3rd Alliance Workshop on Topological Materials Science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mobius topological superconductivity in UCoGe (2019)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Classification theory of magnetoelectric multipole and candidate materials (2019)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 対称性の表現に基づくトポロジカル相の指標の拡張とトポロジカル超伝導探索 (2019)
  • Author(s): 小野清志郎, 柳瀬陽一, 渡辺悠樹
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 電気分極とのアナロジーによるスペクトルバルクエッジ対応の証明 (2019)
  • Author(s): 大同暁人, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 格子ブリルアンゾーンにおけるメビウストポロジカル相の特徴づけ - Fukui-Hatsugai-Suzuki 公式の拡張- (2019)
  • Author(s): 吉田恒也, 大同暁人, 川上則雄, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] d波超伝導エッジ状態における超伝導エーデルシュタイン効果の理論的研究 (2019)
  • Author(s): 池田侑平, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 軌道磁気四極子モーメントと電気磁気感受率の理論 (2019)
  • Author(s): 下出敦夫, 渡邉光, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 高対称線上におけるトポロジカル結晶超伝導ノードの分類 (2019)
  • Author(s): 角田峻太郎, 野本拓也, 塩崎謙, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] URu2Si2のワイル超伝導におけるカイラリティ反転と熱ホール効果 (2019)
  • Author(s): 坂本直樹, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 二層遷移金属ダイカルコゲナイドにおける光誘起トポロジカル相転移 (2019)
  • Author(s): 蝶野弘臣, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] SrTiO3における反対称スピン軌道相互作用と強誘電超伝導 (2019)
  • Author(s): 金杉翔太, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 重い電子系における非共型トポロジカル超伝導 (2019)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
  • Invited
• [Presentation] Classification of nodal superconducting gap by symmetry and topology (2019)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 第4回「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」領域研究会
• [Presentation] 奇パリティ多極子相の分類学と電磁応答・超伝導 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] 反強磁性体の電気的制御に関する対称性からのアプローチ (2018)
  • Author(s): 渡邉光, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 低キャリア超伝導体SrTiO3における電気双極子秩序と超伝導の共存 (2018)
  • Author(s): 金杉翔太, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 絶縁体における局所磁気四極子モーメント (2018)
  • Author(s): 大同暁人, 下出敦夫, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 奇パリティ磁気多極子揺らぎに誘起される超伝導 (2018)
  • Author(s): 角田峻太郎, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 第一原理計算によるUPt3の電子状態と超伝導ギャップ構造 (2018)
  • Author(s): 石塚淳, 角田峻太郎, 柳瀬陽一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Mobius Topological Superconductivity in UPt3 and UCoGe (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: 21st International conference on magnetism (ICM2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Classification theory of multipole order and emergent responses (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Topological superconductivity by multipole fluctuation (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: TMS-PKU 2nd Alliance Workshop “Topological Materials and Quantum Materials”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi-orbital noncentrosymmetric superconductivity in SrTiO3/LaAlO3 (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: International Workshop in AIST: Ferroelectric QCP, Superconductivity, and Mott Transition
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] パリティ対称性の破れと磁性・多極子・超伝導 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 第63回物性若手夏の学校
  • Invited
• [Presentation] 物質中の電磁気学再訪と新機能開拓 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 企業研究会主催「CAMMフォーラム」
  • Invited
• [Presentation] Classification theory of multipole order: spintronics and superconductivity (2018)
  • Author(s): Youichi Yanase
  • Organizer: Swiss-Japan workshop TTCM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二層銅酸化物高温超伝導体における電気八極子秩序と磁気電気応答 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「電子相関が生み出す新規な秩序と超伝導現象：トポロジー、液晶状態、動的現象」
• [Presentation] 強相関異方的超伝導体におけるトポロジカル相の理論研究 (2018)
  • Author(s): 柳瀬陽一
  • Organizer: 新学術領域「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」公募研究キックオフミーティング
• [Remarks] 栁瀬陽一のホームページ
  • URL: http://cond.scphys.kyoto-u.ac.jp/~yanase/
• [Remarks]
  • URL: http://cond.scphys.kyoto-u.ac.jp/~yanase/study.html